KR100801373B1

KR100801373B1 - 리니어 압축기의 오일 급유 장치

Info

Publication number: KR100801373B1
Application number: KR1020060073936A
Authority: KR
Inventors: 이경원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-05

Abstract

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 리니어 압축기의 저 스트로크 구간에서 오일 피스톤의 스트로크를 증가시키도록 운전 주파수를 설정하는 리니어 압축기의 오일 급유 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명인 리니어 압축기의 오일 급유 장치는 밀폐 용기 내에 설치되어 피스톤이 직선 왕복 운동하도록 직선 운동력을 발생시키는 리니어 모터와, 상기 밀폐 용기 내에 설치되어 오일 피스톤의 직선 왕복 운동에 의해 저장된 오일을 펌핑하는 오일펌프와, 상기 피스톤의 저 스트로크 구간에서 상기 오일 피스톤의 스트로크를 증가시키도록, 상기 리니어 모터의 운동 주파수를 설정하는 제어부재를 구비한다.

Description

리니어 압축기의 오일 급유 장치{OIL SUPPLYING APPARATUS FOR LINEAR COMPRESSOR}

도 1은 일반적인 오일 펌프가 구비된 리니어 압축기의 부분 측단면도이다.

도 2는 일반적인 시간에 따른 피스톤의 스트로크 변화 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 오일 급유 장치의 구성도이다.

도 4는 리니어 압축기의 오일 피스톤 스트로크 원리의 개념도이다.

도 5는 도 3의 오일 급유 장치에 의한 주파수와 오일 피스톤 스트로크 간의 상관 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 오일 급유 방법의 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20: 오일 펌프 40: 정류회로

50: 인버터 회로 60: 감지부

70: 마이컴

종래 기술에 따른 리니어 압축기의 오일 펌프(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 밀폐된 쉘(미도시)(또는 밀폐 용기) 내부에 설치된 실린더(2), 피스톤(4) 및 리니어 모터(미도시)로 이루어진 구조체(1) 하부에 설치되는데, 상기 실린더(2)와 피스톤(4) 사이에 형성된 오일순환유로(10)와 연통되도록 일측 본체 프레임(3)에 오일공급유로(12) 및 오일회수유로(14)가 형성되고, 상기 오일공급유로(12) 하측에 연통되도록 설치된 오일실린더(22) 내부에 오일 피스톤(24)이 오일스프링(26a,26b)에 의해 탄성 지지된 상태로 왕복 직선 운동하면서 압력차를 발생시키되, 상기 오일실린더(22) 일측에 상기 쉘 하부에 저장된 오일에 담겨지는 오일공급관(21)이 연통되도록 설치되는 동시에 상기 오일공급유로(12)와 오일실린더(22) 사이에는 오일공급을 조절하는 오일공급밸브 어셈블리(29)가 설치된다.

여기서, 상기 본체 프레임(3)은 상기 실린더(2) 및 리니어 모터를 고정시키되, 상기 피스톤(4)이 상기 실린더(2) 내측에서 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복 직선 운동하면서 그 사이에 형성된 압축공간(P)으로 냉매를 흡입하는 흡입행정 후, 압축하여 토출시키는 압축행정을 반복적으로 수행하게 된다.

이때, 상기 피스톤(4)이 일단에는 냉매를 흡입하는 흡입밸브(6)가 설치되는 동시에 상기 실린더(2) 일단에는 압축된 냉매를 토출시키는 토출밸브(8a)가 상기 실린더(2) 일단에 고정된 토출캡(8b) 내측에 스프링(8c)에 의해 탄성 지지된 토출밸브 어셈블리(8)가 개폐 가능하도록 설치된다.

다음, 상기 오일공급유로(12)와 오일회수유로(14)는 상기 본체 프레임(3) 내부 및 실린더(2) 내부에 형성되어 상기 실린더(2)와 피스톤(4) 사이에 형성된 오일순환유로(10)로 오일을 공급 및 회수할 수 있도록 하고, 상기 오일순환유로(10)는 상기 실린더(2) 내주면 및 피스톤(4) 외주면에는 각각 링 형상의 실린더 홈(2h) 및 피스톤 홈(4h)이 서로 겹쳐지도록 형성되어 오일이 순환되도록 한다.

이때, 상기 오일공급유로(12) 및 오일회수유로(14)는 상기 실린더 홈(2h)과 연통되도록 형성되되, 상기 상사점(TDC) 방향의 실린더 홈(2h) 일단에 각각 연통되도록 설치된다.

다음, 상기 오일실린더(22)는 상기 구조체(1)와 함께 동일하게 진동될 수 있도록 그 일단이 상기 본체 프레임(3)에 고정되되, 상기 본체 프레임(3)의 일면에 상기 오일공급유로(12)와 연통되도록 형성된 장착홈(3h)에 압입되도록 설치된다.

다음, 상기 오일 피스톤(24)은 상기 오일실린더(22)의 진동에 대한 관성력에 의해 상기 오일실린더(22) 내부에서 왕복 직선 운동 가능하게 설치되되, 상기 오일실린더(22)의 내경과 소정 간극을 두고 위치된 질량본체(24a) 및 그 양측단 중앙에 축방향으로 돌출되어 상기 오일스프링들(26a,26b)에 의해 끼움되는 지지용 돌기(24b,24b')가 형성된다.

이때, 상기 오일실린더(22)는 일단이 상기 장착홈(3h)에 지지되는 동시에 다 른 일단을 막아주도록 별도의 고정캡(28)이 설치되고, 상기 오일스프링(26a,26b)은 상기 오일 피스톤(24)의 일단과 상기 장착홈(3h) 사이에 설치되는 동시에 상기 오일 피스톤(24)의 다른 일단과 상기 고정캡(28) 사이에 탄성 지지되도록 설치된다.

물론, 상기 오일 피스톤(24)이 상기 오일스프링들(26a,26b)에 의해 축방향으로 탄성 지지된 상태에서 왕복 직선 운동하면서 상기 오일실린더(22) 내에 압력차를 발생시켜 오일을 펌핑하도록 한다.

다음, 상기 오일공급밸브 어셈블리(29)는 상기 오일실린더(22)와 오일공급유로(12)가 연통되는 본체 프레임(3) 일측에 설치되어 오일을 흡입하는 오일흡입밸브(미도시) 및 오일을 토출시키는 오일토출밸브(미도시)가 개폐 가능하게 형성된 판 형상의 밸브시트(미도시)와, 상기 밸브시트의 외측에 각각 겹쳐지도록 설치되어 오일이 일시적으로 저장될 수 있는 흡입저장공간 및 토출저장공간을 형성하는 시트커버(미도시) 등을 포함하여 이루어진다.

물론, 상기 오일공급유로(12) 하부에는 상기 오일공급관(21)이 연통되도록 설치되며, 상기 오일공급관(21)은 그 끝단이 상기 쉘에 저장된 오일에 담겨지도록 설치된다.

따라서, 상기와 같이 구성된 오일 급유 장치는 상기 피스톤(4)이 상기 실린더(2) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 상기 구조체(1) 및 이에 고정된 오일실린더(22)가 진동하게 되고, 상기 오일 피스톤(24)가 진동에 대한 관성력에 의해 상기 오일실린더(22) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 그 내부 압력이 가변되며, 상기 오일실린더(22) 내부 압력이 가변됨에 따라 오일은 상기 오일공급관(21)을 통하여 흡입되는 동시에 상기 오일흡입밸브 및 오일토출밸브의 개폐로 인하여 상기 오일공급유로(12)를 따라 펌핑된다.

이후, 상기 오일공급유로(12)를 따라 공급된 오일은 상기 오일순환유로(10)를 따라 순환되면서 상기 실린더(2)와 피스톤(4) 사이에서 발생되는 열을 냉각시키는 동시에 윤활 작용을 한 다음, 상기 오일회수유로(14)를 따라 상기 쉘 하부로 다시 회수된다.

일반적으로, 오일 펌프(20)의 급유 성능은 오일 피스톤(24)의 스트로크에 비례하는데, 이 오일 피스톤(24)의 스트로크는 피스톤(4)의 스트로크에 비례하여 증가하게 된다.

도 2는 일반적인 시간에 따른 피스톤의 스트로크 변화 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 리니어 압축기는 초기 기동을 위해 구동하는 경우 또는 냉장고의 경우 제상 운전 이후에 재 가동하는 경우 소정의 시간 동안 피스톤(4)의 저 스트로크 구간인 과도 구간을 수행하고, Full Stroke 동작을 수행하여 필요한 냉력을 공급하게 된다. 보통 초기 기동을 위해 구동하는 경우에 가동 시간(t1)은 1분정도이고, 제상 운전 이후의 재 가동하는 경우에 가동 시간(t1)은 5분정도이다.

도 2와 같은 과도 구간에서, 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 오일 펌프(20)는 피스톤(4)이 저 스트로크로 운전하게 되므로, 오일 피스톤(24)의 스트로크도 비례하여 작아지기 때문에, 급유성능(급유 속도, 급유량 등)이 현저하게 떨어지게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 리니어 압축기의 과도 구간에서도 오일 급유 성능을 향상시킬 수 있는 리니어 압축기의 오일 급유 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존에 구비된 소자를 이용하여 오일 급유 성능을 향상시킬 수 있는 리니어 압축기의 오일 급유 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명인 리니어 압축기의 오일 급유 장치는 밀폐 용기 내에 설치되어 피스톤이 직선 왕복 운동하도록 직선 운동력을 발생시키는 리니어 모터와, 상기 밀폐 용기 내에 설치되어 오일 피스톤의 직선 왕복 운동에 의해 저장된 오일을 펌핑하는 오일펌프와, 상기 피스톤의 저 스트로크 구간에서 상기 오일 피스톤의 스트로크를 증가시키도록, 상기 리니어 모터의 운전 주파수를 설정하는 제어부재를 구비한다.

이때, 상기 제어부재는 상기 운전 주파수를 상기 오일 펌프의 고유 주파수에 따라 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어 부재는 인가받는 상용교류전원의 주파수보다 낮도록 상기 운전 주파수를 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명인 리니어 압축기의 오일 급유 방법은 리니어 압축기의 가동 상태를 확인하는 단계와, 상기 가동 상태에 따라, 피스톤의 운전 주파수를 변경하는 단계와, 상기 피스톤의 직선 왕복 운동에 따라 오일 펌프를 동작시키는 단계를 포함한다.

이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예들 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이하의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 오일 급유 장치의 구성도이다. 리니어 압축기의 오일 급유 장치는 상용교류전원을 인가받아 직류전원 또는 직류전압을 제공하는 정류회로(40)와, 직류전원 또는 직류전압을 인가받아 마이컴(70)으로부터의 제어신호에 의해 스위칭되어 교류전압을 리니어 모터(M)에 인가하는 인버터 회로(50)와, 리니어 모터(M) 또는 부하의 상태를 감지하는 감지부(60)와, 감지부(60)로부터 감지된 리니어 모터(M) 또는 부하의 상태에 따라 인버터 회로(50)로 제어신호를 생성 및 인가하여 냉력 및 오일 급유 성능을 제어하는 마이컴(70)으로 이루어진다.

본 실시예에서, 오일 펌프(20)는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 리니어 압축기와 같이 피스톤(4)의 1차 진동에 대한 2차 진동을 에너지원으로 하여 오일을 펌핑하는 구조일 수도 있고, 피스톤(4)의 진동을 직접적으로 이용하여, 예를 들면, 마그네틱에 의한 연동 또는 연결부재에 의한 연결에 의해, 직접 오일을 펌핑하는 구조일 수도 있다. 이러한 이미 알려진 동작 원리에 따른 오일 펌프(20)가 모두 본 실시예에 적용될 수 있다.

이 정류회로(40)는 다이오드 브리지(미도시)와, 캐패시터(미도시) 등을 구비하여 정류 및 평활 기능을 수행한다.

인버터 회로(50)는 단상 전원인 경우, 4개의 스위칭 소자(미도시)를 구비하여, 마이컴(70)으로부터의 제어신호에 의해 각 스위칭 소자가 온/오프됨에 따라, 입력된 직류전압을 원하는 운전주파수를 지닌 교류전압의 형태로 변환하여 모터(M)에 인가하게 된다.

감지부(60)는 전류센서, 전압센서, 온도센서 등의 소자를 구비하여, 리니어 모터(M)의 상태(예를 들면, 압축행정 또는 팽창행정 등) 및 부하의 상태(예를 들면, 과부하, 저부하, 중부하 등)를 판단할 수 있는 감지신호를 마이컴(70)으로 인가한다.

마이컴(70)은 감지부(60)로부터 수신된 감지신호에 따라 인버터 회로(50)로 제어신호를 생성하되, 이 제어신호에 의해 리니어 모터(M)가 부하의 상태에 따라 적절한 냉력을 생성하도록 할 뿐만 아니라, 제어신호에 따른 운전주파수를 설정 및 변경하여 오일 펌프(20)의 급유 성능을 제어한다.

도 4는 리니어 압축기의 오일 피스톤 스트로크 원리의 개념도이다. 도 4에 따른 오일 피스톤 스트로크(X)의 크기는 도 1과 같은 2차 진동에 의한 오일 펌프(20)가 적용되는 경우, 하기의 수학식 1과 같이 결정된다.

여기서, m₃는 오일 피스톤(24)의 질량이고, k₃는 오일 스프링(26a, 26b)의 스프링 상수이고, c₃는 오일 펌프의 댐핑 계수이고, m₁은 피스톤(4)의 질량이고, X₁₀는 피스톤(4)의 높이(즉, 스트로크/2)이고, M₂는 구조체(1)의 질량이고, ω는 운전 주파수이고, ω_n은 오일 피스톤(24)의 고유 주파수이다. 이 고유 주파수는 수학식 2와 같이 정의된다.

상기 수학식 1에 나타난 바와 같이, 오일 피스톤(X)의 스트로크는 피스톤(4)의 높이인 X₁₀에 비례하는데, 즉 피스톤(4)의 스트로크에 비례한다. 도 2에서와 같이 과도 구간에서 피스톤(4)의 저 스트로크로 직선왕복운동을 하는 경우, 오일 피 스톤(24)의 스트로크(X)도 감소하게 된다.

수학식 1에서, 운전 주파수(ω)를 제외한 다른 인자들은 리니어 압축기 전체를 설계할 때 이미 결정된 값이므로, 오일 급유 장치를 위해서 이들 값들을 변경하는 것은 어렵다. 즉, 오일 피스톤(24)의 스트로크(X)를 증가시키기 위해서는, 리니어 모터(M)에 인가되는 교류 전압의 운전 주파수(ω=2πf)가 오일 피스톤(24)의 고유 주파수(ω_n)에 가깝게 설정되어야 한다.

따라서, 마이컴(70)은 오일 피스톤(24)의 고유 주파수(ω_n)를 리니어 압축기의 설계값으로 저장하고, 이 고유 주파수(ω_n)에 따라 인버터 회로(50)로의 제어 신호에 의해 리니어 모터(M)에 인가되는 교류전압의 운전 주파수(ω)를 설정하여 오일 펌프(20)에 의한 오일 급유 성능을 향상시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 마이컴(70)은 60Hz 정도의 운전 주파수(ω)를 지닌 교류전압이 리니어 모터(M)에 인가되도록 인버터 회로(50)에 제어 신호를 인가하는 경우, 오일 피스톤(24)의 스트로크는 약 4mm 정도이며, 반면에 50Hz 정도의 운전 주파수(ω)가 인가되는 경우, 오일 피스톤(24)의 스트로크는 약 5.7mm로 증가된다.

본 실시예에서, 오일 펌프(20)의 오일 피스톤(24)의 고유 주파수(ω_n)가 37Hz인 경우이며, 도 5에 도시된 바와 같이, 운전 주파수(ω)가 고유 주파수(ω_n)에 가까워질 수록 오일 피스톤(24)의 스트로크가 ΔX만큼 증가됨을 알 수 있다. 이러한 증가된 오일 피스톤(24)의 스트로크에 의해 오일 펌프(20)의 오일 급유 성능이 증가된다. 특히, 리니어 압축기에 인가되는 상용교류전원의 주파수(예를 들면, 50Hz 또는 60Hz)와 비교할 경우, 마이컴(70)이 이 상용교류전원의 주파수보다 작은 운전 주파수(ω)를 설정하여 이에 따른 교류 전압이 리니어 모터(M)에 인가되도록 하여, 오일 피스톤(24)의 스트로크를 증가시킬 수도 있다.

또한, 도 5의 그래프를 통하여, 마이컴(70)은 오일 피스톤(24)의 스트로크의 증가크기에 따라 리니어 모터(M)의 운전 주파수(ω)를 설정할 수도 있다. 즉, 필요한 오일 급유 성능에 따라, 마이컴(70)은 운전 주파수(ω)를 설정하여, 그에 따른 교류 전압이 리니어 모터(M)에 인가되도록 할 수도 있다.

자세하게는, 단계(S61)에서, 마이컴(70)은 현재 리니어 압축기의 가동 상태가 과도 구간인지를 판단한다. 이 과도 구간의 판단은 상술된 바와 같이, 초기 기동 또는 제상 후의 재 가동의 경우에 가동 시간(t1)에 따라 판단할 수도 있고, 감지부(60)에 의한 피스톤(4)의 스트로크의 크기에 따라 판단할 수도 있다. 만약 현재 리니어 압축기의 가동 상태가 과도 구간이면, 단계(S62)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S63)로 진행한다.

단계(S62)에서, 마이컴(70)은 과도 구간에서 요구되는 오일 급유 성능에 따 라 운전 주파수(ω)를 설정하거나, 또는 기설정된 운전 주파수(ω)를 판독하여 설정한다.

단계(S63)에서, 마이컴(70)은 현재 리니어 압축기가 Full Stroke로 운전하는 구간이므로, 고주파수(예를 들면, 60Hz)에 해당하는 교류 전압이 리니어 모터(M)에 인가되도록 한다.

단계(S64)에서, 마이컴(70)은 단계(S62)에서 설정된 운전 주파수에 따라 또는 단계(S63)에서의 고주파수에 따라 피스톤(4)의 직선왕복운동을 수행하도록 하여, 그에 따라 오일 피스톤(24)이 직선왕복운동을 수행하게 됨으로써, 오일 펌프(20)에 의한 오일 급유가 이루어지도록 한다.

이러한 구성의 본 발명은 리니어 압축기의 과도 구간에서도 오일 급유 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존에 구비된 소자(인버터 회로 등)를 이용하여 운전 주파수를 설정함으로써 오일 급유 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

밀폐 용기 내에 설치되어 피스톤이 직선 왕복 운동하도록 직선 운동력을 발생시키는 리니어 모터와;

상기 밀폐 용기 내에 설치되어 오일 피스톤의 직선 왕복 운동에 의해 저장된 오일을 펌핑하는 오일펌프와;

상기 피스톤의 저 스트로크 구간에서 상기 오일 피스톤의 스트로크를 증가시키도록, 상기 리니어 모터의 운전 주파수를 설정하는 제어부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일 급유 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부재는 상기 운전 주파수를 상기 오일 피스톤의 스트로크의 증가폭에 대응하여, 상기 오일 펌프의 고유 주파수에 근접하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일 급유 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 부재는 인가받는 상용교류전원의 주파수보다 낮도록 상기 운전 주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일 급유 장치.
리니어 압축기가 과도 구간을 수행 중인지를 확인하는 단계와;

상기 확인 단계의 확인에 따라, 상기 리니어 압축기에 장착된 오일 피스톤의 스트로크를 증가시키도록, 상기 리니어 모터의 운전 주파수를 설정하는 단계와;

상기 리니어 모터의 운전 주파수에 따른 피스톤의 직선 왕복 운동에 따라 오일 펌프를 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일 급유 방법.
제4항에 있어서, 상기 설정 단계는 상기 운전 주파수를 상기 오일 피스톤의 스트로크의 증가폭에 대응하여, 상기 오일 펌프의 고유 주파수에 근접하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일 급유 방법.
제4항에 있어서,

상기 변경 단계는 상기 리니어 압축기에 인가되는 상용교류전원의 주파수보다 낮도록 상기 운전 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일 급유 방법.
제4항에 있어서, 상기 확인 단계는 상기 피스톤의 스트로크 정도를 기준으로 상기 리니어 압축기가 과도 구간을 수행 중인지를 확인하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일 급유 방법.
제4항에 있어서, 상기 확인 단계는 상기 리니어 압축기의 가동 시간의 크기를 기준으로 상기 리니어 압축기가 과도 구간을 수행 중인지를 확인하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 오일 급유 방법.